TFEB and TFE3 are transcriptional regulators of the innate immune response, but the mechanisms regulating their activation upon pathogen infection are poorly elucidated. Using C. elegans and mammalian models, we report that the master metabolic modulator 5'-AMP-activated protein kinase (AMPK) and its negative regulator Folliculin (FLCN) act upstream of TFEB/TFE3 in the innate immune response, independently of the mTORC1 signaling pathway. In nematodes, loss of FLCN or overexpression of AMPK conferred pathogen resistance via activation of TFEB/TFE3-dependent antimicrobial genes, while ablation of total AMPK activity abolished this phenotype. Similarly, in mammalian cells, loss of FLCN or pharmacological activation of AMPK induced TFEB/TFE3-dependent pro-inflammatory cytokine expression. Importantly, a rapid reduction in cellular ATP levels in murine macrophages was observed upon lipopolysaccharide (LPS) treatment accompanied by an acute AMPK activation and TFEB nuclear localization. These results uncover an ancient, highly conserved and pharmacologically actionable mechanism coupling energy status with innate immunity.

Abstract Increased autophagy and lysosomal activity promote tumor growth, survival and chemo-resistance. During acute starvation, autophagy is rapidly engaged by AMPK activation and mTORC1 inhibition to maintain energy homeostasis and cell survival. TFEB and TFE3 are master transcriptional regulators of autophagy and lysosomal activity and their cytoplasm/nuclear shuttling is controlled by mTORC1-dependent multisite phosphorylation. However, it is not known whether and how the transcriptional activity of TFEB or TFE3 is regulated. We show that AMPK mediates phosphorylation of TFEB and TFE3 on three serine residues, leading to TFEB/TFE3 transcriptional activity upon nutrient starvation, FLCN depletion and pharmacological manipulation of mTORC1 or AMPK. AMPK loss does not affect TFEB/TFE3 nuclear localization nor protein levels but reduces their transcriptional activity. Collectively, we show that mTORC1 specifically controls TFEB/TFE3 cytosolic retention whereas AMPK is essential for TFEB/TFE3 transcriptional activity. This dual and opposing regulation of TFEB/TFE3 by mTORC1 and AMPK is reminiscent of the regulation of another critical regulator of autophagy, ULK1. Surprisingly, we show that chemoresistance is mediated by AMPK-dependent activation of TFEB, which is abolished by pharmacological inhibition of AMPK or mutation of serine 466/467/469 to alanine residues within TFEB. Altogether, we show that AMPK is a key regulator of TFEB/TFE3 transcriptional activity, and we validate AMPK as a promising target in cancer therapy to evade chemotherapeutic resistance.

Abstract Non-alcoholic steatohepatitis (NASH) represents a major economic burden and is characterized by triglyceride accumulation, inflammation, and fibrosis. No pharmacological agents are currently approved to treat this condition. Emerging data suggests an important role of autophagy in this condition, which serves to degrade intracellular lipid stores, reduce hepatocellular damage, and dampen inflammation. Autophagy is primarily regulated by the transcription factors TFEB and TFE3, which are negatively regulated by mTORC1. Given that FLCN is an mTORC1 activator via its GAP activity towards RagC/D, we generated a liver specific Flcn knockout mouse model to study its role in NASH progression. We demonstrate that loss of FLCN results in reduced triglyceride accumulation, fibrosis, and inflammation in mice exposed to a NASH-inducing diet. Hence, the GAP activity of FLCN could a promising target for small molecule drugs to treat NASH progression by specifically activating autophagy and lysosomal biogenesis while leaving mRNA translation machinery unperturbed. Collectively, these results show an unexpected role for FLCN in NASH progression and highlight new possibilities for treatment strategies through its role in hepatocyte homeostasis.